铜银复合纳米槽嵌入聚丙烯腈薄膜：兼具高柔性、高透光性与超高品质因数的透明导电电极

【编辑推荐】针对柔性透明电极(FTEs)在导电性、透光率与机械稳定性难以兼顾的难题，山西-浙大先进材料与化学工程研究所团队开发了电纺丝结合热蒸发法制备的Cu/Ag复合纳米槽(NTR)-聚丙烯腈(PAN)薄膜。该材料在550 nm波长下透光率达94.4%，方阻低至2.48 Ω/□，品质因子高达2.27×10?1 (Ω/□)?1 ，且在5 mm弯曲半径下经10,000次循环后电阻变化率<0.002%，为高性能柔性电子器件提供了新解决方案。

　　

随着柔性电子器件在触摸屏、有机发光二极管(OLEDs)、太阳能电池等领域的广泛应用，对兼具高导电性、优异透光性和机械稳定性的柔性透明电极(FTEs)需求日益迫切。传统氧化铟锡(ITO)电极虽性能优良，但其脆性和高成本制约了发展。金属纳米结构因其卓越的导电性和延展性成为研究热点，但如何平衡光学透射率与导电性仍是核心挑战。

山西-浙大先进材料与化学工程研究所团队在《Organic Electronics》发表研究，通过创新性设计铜银复合纳米槽(NTR)嵌入聚丙烯腈(PAN)薄膜的结构，成功制备出性能突破的柔性透明电极。该研究采用电纺丝技术制备PAN纳米纤维网络作为模板，通过优化蒸汽处理时间、金属比例和转移工艺，构建了连续无结的Cu/Ag复合NTR网络。

关键技术包括：(1)电纺丝制备320 nm直径的PAN纳米纤维网络；(2)DMF蒸汽融合形成无结点基底；(3)热蒸发依次沉积Cu/Ag双层金属；(4)机械抛光获得表面粗糙度(R_rms
)<2 nm的超平滑电极。研究使用4点探针法测量方阻(R_sh
)，紫外可见分光光度计测试透光率，SEM表征微观形貌。

【结果与讨论】

1. 材料设计与制备：通过核壳结构的Cu/Ag(shell)/PAN(core)纤维设计，经机械抛光后形成嵌入式NTR网络，既保留金属导电通路，又通过PAN基底增强机械稳定性。

2. 光电性能突破：复合电极在550 nm可见光区透射率达94.4%，方阻2.48 Ω/□，品质因子(Φ_TC
   =T¹⁰
   /R_sh
   )达2.27×10^?1
   (Ω/□)^?1
   ，优于纯Cu NTR(1.74×10^?1
   )和Au NTR(1.34×10^?1
   )文献值。

3. 机械稳定性：在5 mm弯曲半径下循环10,000次后电阻变化率<0.002%，显著优于传统ITO电极。Ag的加入有效抑制了Cu的氧化，提升了环境稳定性。

4. 表面特性：原子力显微镜显示表面粗糙度R_rms
   <2 nm，优于金属纳米线电极，有利于器件集成。

【结论】该研究通过金属复合与聚合物基底的协同设计，解决了FTEs中导电性-透光性-柔性难以协同优化的关键科学问题。Cu/Ag NTR-PAN薄膜的品质因子创同类材料新高，其制备工艺可扩展性强，为柔性显示、可穿戴电子等领域提供了新材料体系。研究获得国家自然科学基金(62074108)等多项资助，相关技术已申请专利保护。